[논문 리뷰] Strong gravitational lensing of a 4D Einstein-Gauss-Bonnet black hole in homogeneous plasma

Xing-hua Jin, Yuan-Xing Gao외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 05.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 균일한 플라즈마 속에 잠긴 4차원 아인슈타인-가우스-본 네트워크 블랙홀에 의한 강한 중력 렌즈 효과를 조사하며, 강한 렌즈 효과 한계에서의 굴절 각을 유도한다. 플라즈마와 EGB 결합 상수 α가 광자 구름 반경과 렌즈 관측량에 상당한 영향을 미치지만, α/M² ≈ –8 또는 1일 경우 플라즈마의 영향은 각 이미지 간격과 상대적 증폭에 거의 영향을 주지 않는다.

ABSTRACT

We investigate the strong gravitational lensing of spherically symmetric black holes in the novel Einstein-Gauss-Bonnet(EGB) gravity surrounded by unmagnetised plasma medium. The deflection angle in the strong deflection limit in EGB spacetime with homogeneous plasma is derived. We find that both the coupling constant $\alpha$ in the novel EGB gravity and the presence of plasma can affect the radius of photon sphere, strong field limit coefficient and other lensing observables significantly. While plasma has little effect on the angular image separation and the relative magnifications as $\alpha/M^2 o -8$ and $\alpha/M^2 o 1$, respectively.

연구 동기 및 목표

• 자기장이 없는 플라즈마가 존재하는 상황에서 구형 대칭 4D 아인슈타인-가우스-본 네트워크 블랙홀의 강한 중력 렌즈 효과를 연구하기 위해.
• 균일한 플라즈마로 둘러싸인 EGB 블랙홀에 대해 강한 렌즈 효과 한계에서의 굴절 각을 유도하기 위해.
• EGB 결합 상수 α와 플라즈마 밀도가 광자 구름 반경과 강한 필드 한계 계수와 같은 렌즈 관측량에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 각 이미지 간격과 상대적 증폭과 같은 핵심 렌즈 양에 대한 플라즈마의 상대적 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 강한 렌즈 효과 한계(SDL) 방법을 4D 아인슈타인-가우스-본 네트워크 중력과 균일한 플라즈마 매질을 고려해 적응하여 굴절 각을 계산하기 위해.
• 구형 대칭 4D EGB 블랙홀의 계량을 사용하여 광자 구름 반경과 렌즈 계수를 결정하기 위해.
• 광자 궤도에 대한 굴절 효과를 모델링하기 위해 플라즈마 분산 관계를 영점 지오데식 방정식에 통합하기 위해.
• 강한 필드 한계 계수와 렌즈 관측량(각 이미지 간격과 상대적 증폭 포함)에 대한 해석적 표현을 도출하기 위해.
• EGB 결합 상수 α와 플라즈마 매개변수에 따른 렌즈 관측량의 의존성을 평가하기 위해 수치 분석을 수행하기 위해.
• 진공과 플라즈마 환경에서의 렌즈 행동을 비교하며, 특히 α/M² ≈ –8 및 1과 같은 극단적인 값에서의 특성을 다루기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 균일한 플라즈마가 존재할 때 EGB 결합 상수 α는 광자 구름 반경에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 4D EGB 블랙홀 시공간에서 플라즈마 매질이 강한 필드 한계 계수와 기타 렌즈 관측량에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ3 강한 중력 렌즈에서 플라즈마는 각 이미지 간격과 상대적 증폭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 플라즈마가 존재하는 EGB 중력에서의 렌즈 관측량은 표준 일반 상대성 이론 또는 진공 EGB 시나리오와 비교해 어떻게 다를까?

주요 결과

• EGB 결합 상수 α는 광자 구름 반경을 상당히 수정하며, 이는 강한장 영역에서 일반 상대성 이론과의 강한 이탈을 시사한다.
• 균일한 플라즈마의 존재는 강한 필드 한계 계수와 기타 렌즈 관측량을 수정하며, 특히 α가 0이 아닐 경우 뚜렷한 영향을 미친다.
• α/M² ≈ –8 및 α/M² ≈ 1일 경우 플라즈마의 영향은 각 이미지 간격과 상대적 증폭에 거의 미치지 않으며, 이는 이러한 관측량이 플라즈마의 교란에 대해 안정적임을 시사한다.
• EGB 블랙홀의 강한 렌즈 효과 한계에서 굴절 각이 해석적으로 도출되었으며, 이는 정량적 렌즈 예측을 가능하게 한다.
• 광자 구름 반경과 렌즈 관측량은 α와 플라즈마 밀도에 비선형적으로 의존하며, 이는 수정된 중력과 플라즈마 효과 간의 상호작용을 강조한다.
• 결과적으로 플라즈마가 α가 0이 아닐 경우 강한장 렌즈 시나리오에서 EGB 중력과 일반 상대성 이론을 구별하는 탐사 수 Mittel로 작용할 수 있음을 보여준다.